Co to jest ruch planetarny?

Jak poruszają się planety, jest jednym z pierwszych pytań, z którymi zmagali się starożytni naukowcy, próbując określić reguły wszechświata. Wczesne teorie postulowały, że Ziemia jest centrum wszechświata, a wszystkie obiekty niebieskie krążą wokół niego. Dzięki odkryciom Galileusza ujawniono, że Słońce, a nie Ziemia, było centrum naszego Układu Słonecznego, a planety poruszały się wokół niego z różnymi prędkościami i kątami. Dzisiejsze teorie ruchu planet oparte są na pracy XVI-wiecznego niemieckiego astronoma Johannesa Keplera.

Korzystając z pracy swojego mentora, Tycho Brahe, jako podstawy swoich teorii, Kepler zmienił światy astronomii i fizyki poprzez swoje trzy prawa ruchu planet. Chociaż w tym czasie znane były tylko sześć planet, jego teorie zostały potwierdzone ponad sto lat później przez Newtona i przetrwały ponad 400 lat. Chociaż jego teorie są nieco kłopotliwe dla nie-astronoma, znacznie zmieniły one warunki gry w świecie nauki planetarnej.

Pierwszym prawem ustalonym przez Keplera było to, że ruch planet jest raczej eliptyczny niż cykliczny. Zamiast poruszać się wokół Słońca wokół koła, każda planeta porusza się po owalnej orbicie. Prawo to było całkowicie niezgodne z dominującymi teoriami ruchu planet, które istniały od czasów Arystotelesa, ale przytłaczające dowody naukowe ostatecznie udowodniły, że nowa teoria Keplera jest prawdziwa.

Drugie prawo Keplera dotyczy prędkości, z jaką planety poruszają się podczas podążania po swojej orbicie. Planety zmieniają prędkość względem swojego położenia względem Słońca; kiedy są bliżej, przyspieszają, a gdy są dalej, zwalniają. Drugie prawo Keplera mówi, że w równych odstępach czasu planeta przemieści się w równej odległości. Zasadniczo odległość, jaką pokonałby w ciągu jednego miesiąca, jest większa, ale z większą prędkością, gdy jest blisko Słońca, natomiast daleko od Słońca poruszałaby się wolniej, ale miałaby mniejszy dystans do pokonania. Zgodnie z tym prawem ruchu planet, prędkość równoważy odległość, więc planeta prawie zawsze pokona tę samą odległość w danym okresie czasu.

Trzecie prawo ruchu planet, które określił Kepler, ma bardziej matematyczny i skomplikowany charakter. Podczas gdy dwa pierwsze prawa dotyczą ruchu planety względem Słońca, trzecie prawo porównuje ruchy planety z innymi planetami. Mówiąc najprościej, jeśli skorygujesz czas potrzebny planecie do ukończenia orbity i podzielisz ją przez średnią sześcienną odległość planety od Słońca, otrzymasz niemal identyczny stosunek dla każdej planety. Oznacza to, że czas orbitowania planety jest wprost proporcjonalny do wielkości orbity, więc stosunek jest prawie dokładnie taki sam, bez względu na opisywaną planetę.

Ruch planetarny pomaga opisać reguły Układu Słonecznego, ale jego przydatność nie kończy się na tym. Oprócz wyjaśnienia, w jaki sposób poruszają się planety, pomaga także współczesnym naukowcom w określaniu orbitujących wzorów satelitów i innych stworzonych przez człowieka obiektów umieszczonych w przestrzeni kosmicznej. Prawa Keplera pomogły również wyjaśnić wzorzec orbitujący nowych planet dopiero odkrywanych przez zaawansowaną technologię, nawet jeśli nie jesteśmy w stanie ich wizualnie zaobserwować.